近日，學(xué)校張忠教授團(tuán)隊(duì)于自然指數(shù)期刊、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊《水研究》（Water Research）（影響因子：12.8）發(fā)表題為Amino-functionalized graphene oxide affects bacteria–phage interactions in aquatic environments的研究成果。該成果證實(shí)氨基化氧化石墨烯（AGO）釋放到水體后，會(huì)破壞水生環(huán)境中細(xì)菌和噬菌體之間的平衡，并為細(xì)菌的生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)有利環(huán)境，特別是在酸性水體中，為進(jìn)一步了解水體酸化和AGO對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供理論支撐。

AGO相比于普通的氧化石墨烯（GO）具有增強(qiáng)的正電性、更好的分散性、生物相容性等若干優(yōu)勢(shì)，這使得它在多個(gè)科研和工業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，隨著消費(fèi)品中GO的生產(chǎn)和利用的增加，環(huán)境中大量氧化石墨烯材料在遷移和轉(zhuǎn)化后的命運(yùn)和潛在的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

為此，張忠教授團(tuán)隊(duì)開拓了基于噬菌體/細(xì)菌的有害物質(zhì)對(duì)水體微生態(tài)影響的研究體系，揭示了AGO對(duì)水生環(huán)境中細(xì)菌-噬菌體相互作用和水生微生物平衡的潛在影響。在這項(xiàng)工作中，團(tuán)隊(duì)采用生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)法評(píng)價(jià)AGO的抗菌活性，并系統(tǒng)探討其抗菌機(jī)制及其對(duì)細(xì)菌-噬菌體相互作用的影響。此外，團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了一項(xiàng)野外水體干預(yù)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注由AGO暴露驅(qū)動(dòng)的水生細(xì)菌群落的變化。

研究結(jié)果表明AGO可以破壞細(xì)菌細(xì)胞的完整性，有效抑制細(xì)菌生長(zhǎng)；AGO釋放到自然水源中將破壞細(xì)菌和噬菌體之間的生態(tài)平衡，這種破壞將導(dǎo)致細(xì)菌生長(zhǎng)的增加并阻礙噬菌體侵染。此外，在不同的pH值下，AGO與水生細(xì)菌群落之間的相互作用也有所不同，AGO對(duì)酸性水體構(gòu)成了更大的威脅。因此，團(tuán)隊(duì)推測(cè)由于AGO在酸性環(huán)境中的正電荷增強(qiáng)，其可能通過與水生微生物的相互作用構(gòu)成不可預(yù)測(cè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。此外，不利的微生態(tài)環(huán)境可能會(huì)增加疾病傳播的機(jī)會(huì)，從而對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。因此，在水體酸化和石墨烯納米材料污染日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)下，研究AGO對(duì)水生細(xì)菌群落的影響具有十分重要的意義。

張忠團(tuán)隊(duì)在細(xì)菌/噬菌體互作方面取得系列進(jìn)展。2023年，團(tuán)隊(duì)已在中科院環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊Science of The Total Environment上發(fā)表了Graphene oxide affects bacteriophage infection of bacteria by promoting the formation of biofilms文章，闡明了氧化石墨烯釋放到水體后，可打破水體中細(xì)菌/噬菌體的平衡，向有利于細(xì)菌增殖的方向發(fā)展。

兩項(xiàng)研究為石墨烯/氨基化氧化石墨烯納米復(fù)合材料在水中的環(huán)境行為及相關(guān)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了新的視角。

本研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金（81572028，81871686，82303763）、山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（202202050562）等共同資助。

 

 

 

氨基化氧化石墨烯（AGO）影響細(xì)菌/噬菌體互作示意圖

 

氧化石墨烯（GO）影響細(xì)菌/噬菌體互作示意圖